基于束狀孔變抵抗線爆破技術(shù)的落礦殘礦高效回采技術(shù)

基于束狀孔變抵抗線爆破技術(shù)的落礦殘礦高效回采技術(shù)

空?qǐng)龇ǖ幕謴?fù)通常包括礦房、空柱回采和空區(qū)處理。一些純粹采用空?qǐng)龇ɑ夭傻牡V山,一般后期均面臨大規(guī)模礦柱群回采或空區(qū)群處理的問(wèn)題。礦柱通常是礦體經(jīng)過(guò)一步回采后的應(yīng)力集中部位,任何礦柱的回采都意味空區(qū)形態(tài)的改變,甚或相互連通,以致影響周圍其他礦柱的受力狀態(tài)和應(yīng)力分布;礦柱群礦量的回采過(guò)程,必然造成空區(qū)群(或礦柱群)范圍內(nèi)頻繁的巖體應(yīng)力擾動(dòng)和難以預(yù)料的地壓活動(dòng),是礦柱群類型殘礦資源回采的難點(diǎn)所在。通常,由于空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采的礦山空區(qū)形成的歷史較長(zhǎng),形態(tài)復(fù)雜,臨空面、抵抗線等主要爆破參數(shù)和邊界條件難以準(zhǔn)確確定,加之一般爆破規(guī)模較大,炸藥在爆破介質(zhì)中的分布及爆破作用難以控制,采用中深孔爆破處理采空區(qū)群,需要分段鑿巖、分散作業(yè),鑿巖爆破作業(yè)效率低,由于爆破抵抗線小,存在臨近采空區(qū)作業(yè)不安全等缺點(diǎn),因而在大規(guī)模空區(qū)群處理的工程應(yīng)用上存在相當(dāng)?shù)睦щy?；谑鵂羁鬃兊挚咕€爆破技術(shù)的大量落礦殘礦高效回采工藝技術(shù),可以根據(jù)空區(qū)形態(tài)調(diào)整束孔參數(shù),設(shè)計(jì)大尺寸的爆破抵抗線,選擇工程條件較好的地段集中作業(yè),因而是解決這一難題的安全高效的技術(shù)手段。1爆破參數(shù)設(shè)計(jì)的適用性束狀深孔爆破是以由數(shù)個(gè)密集平行深孔形成共同應(yīng)力場(chǎng)的作用機(jī)理為基礎(chǔ)的深孔爆破技術(shù)。其基本概念是:由數(shù)個(gè)間距為3～8倍孔徑的密集平行深孔組成一束孔,束孔內(nèi)各炮孔(直徑d)裝藥同時(shí)起爆,對(duì)周圍巖體的作用視同一個(gè)更大直徑(等效直徑D=N??√dD=Νd)炮孔的裝藥爆破作用。與單孔爆破不同,束孔爆破形成的共同應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力波波陣面具有一定厚度,應(yīng)力波峰壓力作用于巖石的時(shí)間更長(zhǎng)、沖量更大、有效作用范圍更廣,因而其爆破效果更好。由于可以按一束孔的共同作用設(shè)計(jì)爆破參數(shù),在工程應(yīng)用方面有很大的靈活性和實(shí)用性。根據(jù)束狀孔爆破經(jīng)驗(yàn)公式和普通深孔爆破最小抵抗線計(jì)算式,束狀孔爆破的最小抵抗線可確定為:W=9d(2.17N?1)Δq????????√(1)W=9d(2.17Ν-1)Δq(1)式中:d為炮孔孔徑(m);N為炮孔個(gè)數(shù);Δ為裝藥密度(t/m3);q為炸藥單耗(kg/t)。從式(1)可以看出,在炮孔孔徑d一定的情況下,通過(guò)調(diào)整每束孔的炮孔個(gè)數(shù)可靈活調(diào)整爆破抵抗線,從而為束狀孔爆破在各種復(fù)雜條件下的應(yīng)用提供了便利。尤其在大規(guī)模礦柱群殘礦回采中,可根據(jù)空區(qū)形態(tài)靈活調(diào)整爆破參數(shù),選擇工程條件良好的地段集中作業(yè),提高殘礦回采作業(yè)的效率和安全性,是大規(guī)?？諈^(qū)群條件下殘礦回采中值得優(yōu)先考慮的爆破技術(shù)手段。2舒孔大型落礦及高效回采技術(shù)和應(yīng)用2.1采空區(qū)爆破技術(shù)以束狀孔變抵抗爆破技術(shù)為基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)了適用于大規(guī)?？諈^(qū)群的殘礦高效回采工藝技術(shù)。采用該技術(shù)時(shí),以采空區(qū)作為爆破的自由面和補(bǔ)償空間,將一定規(guī)?？諈^(qū)群范圍內(nèi)的殘存礦量作為一個(gè)整體進(jìn)行崩落。垂直方向崩落高度以不超過(guò)階段高為宜,爆區(qū)水平面積則需考慮作業(yè)安全、地壓影響、爆破規(guī)模等各方面因素綜合確定。1空區(qū)底部結(jié)構(gòu)如圖1所示,在崩落區(qū)上部布置鑿巖硐室,下部布置底部出礦工程。鑿巖硐室一般布置在礦柱上方,若布置在空區(qū)上方則需確?？諈^(qū)頂板具備足夠安全厚度。底部結(jié)構(gòu)一般選擇“塹溝”形式,若條件允許則可對(duì)空區(qū)底部擴(kuò)漏形成“大漏斗”出礦結(jié)構(gòu)。由于底部結(jié)構(gòu)工程的大量開(kāi)挖會(huì)引起原有空區(qū)周邊應(yīng)力狀態(tài)的變化,給上部作業(yè)帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn),因此需根據(jù)具體情況選擇合理的底部結(jié)構(gòu)形式和施工順序。2爆破參數(shù)的確定根據(jù)打破爆破塊度確定一般采用大直徑深孔鉆機(jī)鉆鑿下向束狀深孔,束孔抵抗線以控制至空區(qū)邊界為準(zhǔn),根據(jù)抵抗線大小確定每束孔的炮孔個(gè)數(shù)。為控制爆破塊度,盡可能選擇多排孔、小抵抗線(但不宜小于5m)的爆破參數(shù)。當(dāng)崩落區(qū)內(nèi)空區(qū)上下重疊關(guān)系較為復(fù)雜時(shí),完全采用下向束狀孔存在一定困難,可輔助一定數(shù)量的中深孔爆破。3整體性爆破崩落區(qū)以爆區(qū)內(nèi)的空區(qū)作為補(bǔ)償空間,將整個(gè)采區(qū)作為整體一次性爆破崩落。鑒于爆破裝藥規(guī)模一般在幾十t乃至上百t以上,需要進(jìn)行詳細(xì)爆破設(shè)計(jì),精心組織爆破施工。4覆巖開(kāi)礦和覆巖下礦整體崩落后的大量礦石通過(guò)底部出礦結(jié)構(gòu)放出,采用大斗容(一般在3m3以上)的鏟裝設(shè)備集中出礦。在覆巖下進(jìn)行放礦時(shí),必須加強(qiáng)放礦管理和控制,減少貧化和損失。由于一次崩落礦量較大,出礦時(shí)間較長(zhǎng),因此應(yīng)用該方法時(shí)要求礦石不發(fā)火、不結(jié)塊。2.2重要技術(shù)和技術(shù)1爆破參數(shù)設(shè)計(jì)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)是決定爆破效果的關(guān)鍵,需根據(jù)殘礦形態(tài)、礦體條件、已有工程現(xiàn)狀等,選擇工程條件良好的地段布置采準(zhǔn)工程,設(shè)計(jì)合理爆破抵抗線、布孔參數(shù)、裝藥參數(shù)和起爆網(wǎng)絡(luò)。2減少爆破震動(dòng)和爆破沖擊危害爆破有害效應(yīng)包括爆破地震波、爆破沖擊波和爆破有毒有害氣體。區(qū)域整體崩落時(shí),崩落礦量較大,爆破裝藥量較大(一般在幾十t乃至上百t以上),必須采取有效措施減少爆破震動(dòng)、爆破沖擊波和爆破有害氣體的危害,確保井下生產(chǎn)設(shè)施和人員安全。如采用分段毫秒延時(shí)起爆技術(shù),降低爆破震動(dòng)危害;采用預(yù)留礦石墊層、設(shè)置柔性阻波墻、“開(kāi)天窗”等技術(shù)措施,降低爆破沖擊波危害;通過(guò)制定應(yīng)急通風(fēng)措施、爆破后加強(qiáng)通風(fēng)等手段,減少大爆破有毒有害氣體危害。3采空區(qū)的分區(qū)崩落,易誘發(fā)地壓災(zāi)害殘礦回采的目標(biāo)之一,是有效處理采空區(qū)。在大規(guī)模空區(qū)群下的殘礦回采中,受爆破規(guī)模的限制,一般需采取分區(qū)崩落的方式回收殘礦。隨著殘礦的開(kāi)挖,必然對(duì)臨近采空區(qū)產(chǎn)生擾動(dòng),進(jìn)而可能誘發(fā)地壓災(zāi)害問(wèn)題。因此,大規(guī)?？諈^(qū)群下的殘礦回采過(guò)程中,必須采取相關(guān)地壓控制措施,如采空區(qū)局部充填、空區(qū)密閉、地壓監(jiān)測(cè)等,確保殘礦回采作業(yè)的安全。4出礦結(jié)構(gòu)要合理區(qū)域整體崩落后的大量礦石,一般在覆巖下進(jìn)行放礦。要根據(jù)開(kāi)采條件和回采需要,設(shè)計(jì)合理的出礦結(jié)構(gòu),采取合理的放礦控制措施,減少礦石貧化與損失,提高出礦效率和礦石回收率。2.3采用波束孔大型落礦開(kāi)采技術(shù)2.3.1束狀深孔強(qiáng)制崩落+誘導(dǎo)自然崩落相結(jié)合的采礦方案赤峰國(guó)維礦業(yè)公司原屬民企礦山,設(shè)計(jì)中段高40m,由于技術(shù)應(yīng)用不合理和設(shè)備條件限制,采用淺孔留礦法開(kāi)采。每個(gè)中段僅回采15～16m高度,剩余約20m高的礦體沒(méi)有采下來(lái),形成了多空區(qū)復(fù)雜條件下殘礦開(kāi)采條件。在部分空區(qū)上部,地表已經(jīng)出現(xiàn)裂縫和塌陷,造成了極大的安全隱患,急需處理。針對(duì)該礦開(kāi)采現(xiàn)狀及殘礦回收技術(shù)條件,經(jīng)研究分析,選擇束狀孔強(qiáng)制崩落與誘導(dǎo)自然崩落相結(jié)合的采礦方案,即對(duì)于二中段的半截采場(chǎng)和礦柱采用束狀深孔一次性崩落,解除礦柱的支撐作用,進(jìn)而誘導(dǎo)上部裂隙發(fā)育、破壞嚴(yán)重的一中段半截采場(chǎng)和礦柱的全面積自然崩落,并貫通地表釋放地應(yīng)力。設(shè)計(jì)鑿巖硐室布置于844m水平,從該中段打下向束狀炮孔(炮孔直徑110mm)直接穿透二中段采場(chǎng)頂板。崩落的礦石利用二中段原有的平底底部結(jié)構(gòu),人工裝礦推車,把礦石通過(guò)溜井溜到三中段集中運(yùn)礦。該礦于2010年4月成功實(shí)施殘礦回采束狀孔大爆破,爆破施工作業(yè)一天完成,在關(guān)鍵部位建立阻波墻措施降低空氣沖擊波危害。爆破形成了貫通地表的冒落區(qū),徹底消除了空區(qū)地壓隱患,成功回收了大量殘留礦石資源。爆破技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。2.3.2束狀深孔區(qū)域整體崩落技術(shù)可可塔勒鉛鋅礦是一座設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2500t/d改建礦山,其7#礦體為開(kāi)采的主礦體。2007年以前,該礦亂采濫挖現(xiàn)象嚴(yán)重,圍繞7#礦體共建有9條斜井,864m水平以上工程布置重復(fù)冗余,采空區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜,有的空區(qū)相互貫通,空區(qū)最大暴露面積達(dá)3000m2。相鄰空區(qū)之間有大量形態(tài)復(fù)雜的殘存礦量,據(jù)推算7#礦體殘礦礦量達(dá)400多萬(wàn)t。為盡快達(dá)產(chǎn),業(yè)主千鑫礦業(yè)有限公司欲首先強(qiáng)化7#礦體3～7線殘留礦量的開(kāi)采,并為礦山提供1500t/d的生產(chǎn)能力。根據(jù)殘礦賦存形態(tài)和開(kāi)采技術(shù)條件,7#礦體3～7線865m水平以上殘留礦的回收,采用以束狀深孔區(qū)域整體崩落技術(shù)為主、邊角礦中深孔爆破落礦技術(shù)為輔的開(kāi)采技術(shù)方案。以塊段內(nèi)的空區(qū)為補(bǔ)償空間,采用以束狀深孔變抵抗線爆破技術(shù)為主進(jìn)行大量落礦。在垂直方向上,自上至下劃分三個(gè)區(qū)段:1200～1085m、1085～1006m、1006～864m。其中1200～1085m為首采段,設(shè)計(jì)將1200～1085m區(qū)段劃分三個(gè)爆區(qū),以區(qū)段內(nèi)的采空區(qū)為補(bǔ)償空間,按順序分次進(jìn)行崩落。1085～1200m殘礦回采主要作業(yè)水平布置在1164m、1118m和1085m三個(gè)水平,其中1164m和1118m為鑿巖作業(yè)水平,1085m為出礦作業(yè)水平。在1164m水平布置鑿巖巷道(硐室),采用上向中深孔(孔徑65～90mm)和下向大孔(孔徑165mm)聯(lián)合崩礦。1118m為拉底水平,該水平設(shè)鑿巖巷道(硐室),采用下向大孔布孔,爆破后形成底部出礦大漏斗。1085m為出礦作業(yè)水平,圍繞空區(qū)底部布置出礦聯(lián)絡(luò)道和出礦進(jìn)路,形成底部大漏斗出礦結(jié)構(gòu)。殘礦開(kāi)采預(yù)期技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。3殘礦回采技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)以束狀孔變抵抗線爆破技術(shù)為基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)了束狀孔大量落礦殘礦高效回采工藝技術(shù),為空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采中空區(qū)群治理和礦柱群回收難題提供了嶄新的解決途徑。工程應(yīng)用實(shí)踐表明,與傳統(tǒng)中深孔殘礦回采技術(shù)相比,該技術(shù)具有強(qiáng)化